第讲 线性系统与线性空不变.ppt

光学信息技术原理及应用 线性系统与线性空不变系统 (三) 常用函数及其傅里叶变换（1） （1）常数c （2） 函数 （3）余弦函数 （4）正弦函数 常用函数及其傅里叶变换（2） （5）阶跃函数 用于表示开关 （6）符号函数 用于改变极性 （正负号） 常用函数及其傅里叶变换（3） （7）矩形函数 表示狭缝 （8）三角形函数 表示矩形光 瞳OTF 常用函数及其傅里叶变换（4） （9）梳状函数 用来表示光栅，抽样 （10）高斯函数 用于表示激光光束光强分布 线性系统的叠加性质 二维不变线性系统的定义 一个二维脉冲函数在输入平面上位移时，线性系统的响应函数形式始终与在原点处输入的二维脉冲函数的响应函数形式相同，仅造成响应函数相应的位移，即 这样的系统称为二维不变线性系统。其脉冲响应函数可表示为 脉冲响应函数仅仅依赖于观察点与脉冲输入点坐标的相对间距 二维线性不变系统还常常叫做空间不变（线性）系统 空间不变线性系统的输入输出关系示意图 不变线性系统的“卷积积分” 物理的空间不变线性系统，输入平面和输出平面常常是不同的两个平面，需要建立两个坐标 从研究输入和输出之间关系的角度来看，输入和输出两种信号放在同一坐标系中是方便的，因此对输入平面和输出平面的坐标做归一化（不管两者是否表示同一种物理量），使得从数值上有 和 脉冲响应函数变为 叠加积分变为“卷积积分” 光学成象系统可以把物平面划分为若干个等晕区，把每个等晕区当作空间不变线性系统处理 二维不变线性系统的传递函数 如果不变线性系统的输入是空域函数，其傅里叶变换为 同时输出函数和脉冲响应函数的傅里叶变换分别为 根据卷积定理有 即 称做不变线性系统的的传递函数 传递函数的意义 空间频谱是基元函数的线性组合中对应的权重因子 输入和输出空间频谱之比表达了系统对于输入函数中不同频率的基元函数的作用，也就是系统在把输入“传递”为输出过程中的作用，因而称为传递函数 传递函数一般是复函数，其模的作用是改变输入函数各种频率基元成分的幅值大小，其幅角的作用是改变这些基元成分的初位相 传递函数的模称作振幅传递函数，传递函数的幅角称作位相传递函数 空间频率的两种意义 空间频率类似于时域函数的时间频率，时间倒数称作频率，长度倒数称作空间频率，即在单位长度内周期函数变化的周数（单位为：周/mm，线对/mm，L/mm，等 ） 信息光学中有两种空间频率，一种是对二维图象进行频谱分析得到的图象频谱对应的空间频率，这是一种空间强度分布，单位为：周/mm，线对/mm，L/mm，等，其大小是没有限制的，可以是无穷大 另一种是对电磁波场进行频谱分析得到的平面波对应的空间频率，因为电磁波在均匀介质中波长是常数，在其传播方向上空间频率是不变的。因而其对应在三维空间坐标上的每个方向的空间频率（单位为：光波数/mm ）表示出的意义实际上是电磁波的传播方向，或其传播方向与坐标轴的夹角，而且大小受到光波长的限制，最大是波长的倒数。下章再详细讲这两者区别 不变线性系统的本征函数 如果函数 满足以下条件 （式中 为一复常数）则称为算符所表征的系统的本征函数。这就是说，系统的本征函数是一个特定的输入函数，它相应的输出函数与它之间的差别仅仅是一个复常系数。 前面讲的基元函数——复指数函数就是线性不变系统的本征函数 即 《工程光学》中已经说明光波可以用复指数函数表示，光学系统传播光